- Paglilipat at pagmuni-muni ng tunog ng tunog
- Koepisyent ng pagpapadala at salamin
- Mga aplikasyon at ehersisyo
- - Natapos ang ehersisyo 1
- Solusyon sa
- Solusyon b
- - Malutas ang ehersisyo 2
- Solusyon
- Mga Sanggunian
Ang acoustic impedance o tiyak na acoustic impedance ay ang resistensya na ang ibig sabihin ng materyal ay kailangang pumasa sa mga tunog ng tunog. Patuloy ito para sa isang tiyak na daluyan, na nagmumula sa isang mabatong layer sa loob ng Earth hanggang sa biological tissue.
Ang pagtanggi ng acoustic impedance bilang Z, sa matematika na form na mayroon kami:
Z = ρ.v
Larawan 1. Kapag ang isang tunog ng tunog ay tumatakbo sa hangganan ng dalawang magkakaibang media, ang isang bahagi ay makikita at ang isa ay ipinapadala. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Cristobal aeorum / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Kung saan ρ ang density at v ang bilis ng tunog ng medium. Ang expression na ito ay may bisa para sa isang alon ng eroplano na gumagalaw sa isang likido.
Sa mga unit ng SI International System, ang density ay nasa kg / m 3 at ang bilis ay nasa m / s. Samakatuwid, ang mga yunit ng acoustic impedance ay kg / m 2 .s.
Katulad nito, ang impedance ng acoustic ay tinukoy bilang quient sa pagitan ng presyon p at bilis:
Z = p / v
Ipinahayag sa ganitong paraan, ang Z ay magkatulad sa paglaban sa elektrikal R = V / I, kung saan ang presyon ay gumaganap ng papel ng boltahe at tulin ng kasalukuyang. Ang iba pang mga yunit ng Z sa SI ay ang Pa.s / m o Ns / m 3 , ganap na katumbas ng mga naibigay dati.
Paglilipat at pagmuni-muni ng tunog ng tunog
Kung mayroon kang dalawang paraan ng iba't ibang mga impedance Z 1 at Z 2 , ang bahagi ng isang tunog na tunog na umabot sa interface ng pareho ay maaaring maipadala at ang isa pang bahagi ay maaaring maipakita. Ito ay sumasalamin sa alon, o echo, ay ang isa na naglalaman ng mahalagang impormasyon tungkol sa pangalawang daluyan.
Larawan 2. Ang aksidente na pulso, nailipat na pulso at sumasalamin sa pulso. Pinagmulan: Wikimedia Commons.
Ang paraan kung saan ang enerhiya na dinadala ng alon ay ipinamamahagi ay depende sa koepisyent ng pagmuni-muni R at ang koepisyent ng paghahatid T, dalawang dami na lubhang kapaki-pakinabang para sa pag-aaral ng pagpapalaganap ng tunog ng alon. Para sa koepisyent ng pagmuni-muni ito ay ang quotient:
R = I r / I o
Saan ako o ang intensity ng wave pangyayari at ako r ay ang intensity ng masasalamin wave. Katulad nito mayroon kaming koepisyent ng paghahatid:
T = I t / I o
Ngayon, maipakita na ang tindi ng isang alon ng eroplano ay proporsyonal sa malawak na A:
I = (1/2) Z.ω 2 .A 2
Kung saan ang Z ang acoustic impedance ng medium at ω ang dalas ng alon. Sa kabilang banda, ang quotient sa pagitan ng ipinadala na amplitude at ang pangyayari sa amplitude ay:
A t / A o = 2Z 1 / (Z 1 + Z 2 )
Pinapayagan nito ang kusang I t / I o ipinahayag sa mga tuntunin ng mga amplitude ng insidente at ipinadala ang mga alon tulad ng:
I t / I o = Z 2 A t 2 / Z 1 A o 2
Sa pamamagitan ng mga expression na R at T ay nakuha sa mga tuntunin ng acoustic impedance Z.
Koepisyent ng pagpapadala at salamin
Ang nasa itaas ay tiyak na koepisyent ng paghahatid:
T = (Z 2 / Z 1 ) 2 = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
Yamang walang mga pagkalugi ay nagmuni-muni, totoo na ang saklaw ng insidente ay ang kabuuan ng ipinadala na intensity at ang nakalarawan na intensity:
Ako o = I r + I t → (I r / I o ) + (I t / I o ) = 1
Pinapayagan kaming makahanap ng isang expression para sa koepisyent ng salamin sa mga tuntunin ng mga impedance ng dalawang media:
R + T = 1 → R = 1 - T
Ang paggawa ng isang maliit na algebra upang ayusin ang mga termino, ang koepisyent ng salamin ay:
R = 1 - 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2 = (Z 1 - Z 2 ) 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
At dahil ang impormasyon na may kaugnayan sa pangalawang daluyan ay matatagpuan sa nakalarawan na pulso, ang koepisyent ng pagmuni-muni ay may malaking interes.
Kaya, kapag ang dalawang media ay may malaking pagkakaiba-iba sa impedance, ang bilang ng dating expression ay nagiging mas malaki. Kung gayon ang tindi ng nakalantad na alon ay mataas at naglalaman ng mahusay na impormasyon tungkol sa daluyan.
Tulad ng para sa bahagi ng alon na nailipat sa pangalawang daluyan na ito, unti-unting kumukupas at ang enerhiya ay naglaho bilang init.
Mga aplikasyon at ehersisyo
Ang mga phenomena ng paglilipat at pagmuni-muni ay nagbibigay ng ilang napakahalagang aplikasyon, halimbawa ang mga sonar na binuo noong World War II at ginamit upang makita ang mga bagay. Sa pamamagitan ng paraan, ang ilang mga mammal tulad ng mga paniki at dolphin ay may built-in na sonar system.
Ang mga pag-aari na ito ay malawakang ginagamit upang pag-aralan ang interior ng Earth sa mga pamamaraan ng pag-asam ng seismic, sa medikal na imaging medikal, pagsukat ng density ng buto, at paggaya ng iba't ibang mga istraktura para sa mga pagkakamali at mga depekto.
Ang Acoustic impedance ay isang mahalagang parameter din kapag sinusuri ang tunog na tugon ng isang instrumento sa musika.
- Natapos ang ehersisyo 1
Ang diskarteng ultratunog upang mag-image ng biological tissue ay gumagamit ng mga high-frequency na pulses ng tunog. Ang mga echo ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa mga organo at tisyu na kanilang pinasa, na kung saan ang isang software ay may pananagutan sa pagsasalin sa isang imahe.
Ang isang pulso ng ultrasound na nakadirekta sa interface ng taba-kalamnan ay nai-incised. Gamit ang data na ibinigay, hanapin:
a) Ang acoustic impedance ng bawat tisyu.
b) Ang porsyento ng ultrasound ay makikita sa interface sa pagitan ng taba at kalamnan.
Grease
- Density: 952 kg / m 3
- Bilis ng tunog: 1450 m / s
Kalamnan
- Density: 1075 kg / m 3
- Bilis ng tunog: 1590 m / s
Solusyon sa
Ang acoustic impedance ng bawat tisyu ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagpapalit sa pormula:
Z = ρ.v
Sa ganitong paraan:
Z fat = 952 kg / m 3 x 1450 m / s = 1.38 x 10 6 kg / m 2 .s
Z kalamnan = 1075 kg / m 3 x 1590 m / s = 1.71 x 10 6 kg / m 2 .s
Solusyon b
Upang mahanap ang porsyento ng intensity ay makikita sa interface ng dalawang tisyu, ang koepisyent ng pagmuni-muni na ibinigay ng:
R = (Z 1 - Z 2 ) 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
Narito Z taba = Z 1 at Z kalamnan = Z 2. Ang koepisyent ng pagmuni-muni ay isang positibong dami, na ginagarantiyahan ng mga parisukat sa ekwasyon.
Pagsusulat at pagsusuri:
R = (1.38 x 10 6 - 1.71 x 10 6 ) 2 / (1.38 x 10 6 + 1.71 x 10 6 ) 2 = 0.0114.
Kapag dumarami ng 100 magkakaroon tayo ng masasalamin na porsyento: 1.14% ng intensity ng insidente.
- Malutas ang ehersisyo 2
Ang isang tunog na alon ay may isang antas ng intensity ng 100 decibels at normal na bumagsak sa ibabaw ng tubig. Tukuyin ang antas ng intensity ng nailipat na alon at ng naaaninag na alon.
Data:
Tubig
- Density: 1000 kg / m 3
- Ang bilis ng tunog: 1430 m / s
Air
- Density: 1.3 kg / m 3
- Ang bilis ng tunog: 330 m / s
Solusyon
Ang antas ng intensity ng mga decibels ng isang tunog na alon, na sinasabing L, ay walang sukat at ibinibigay ng pormula:
L = 10 log (I / 10 -12 )
Pagtaas sa 10 sa magkabilang panig:
10 L / 10 = I / 10 -12
Dahil L = 100, nagreresulta ito sa:
Ako / 10 -12 = 10 10
Ang mga yunit ng intensity ay ibinibigay sa mga tuntunin ng kapangyarihan sa bawat lugar ng yunit. Sa International System sila ay Watt / m 2 . Samakatuwid, ang intensity ng alon ng insidente ay:
Ako o = 10 10 . 10 -12 = 0.01 W / m 2 .
Upang mahanap ang intensity ng ipinadala na alon, ang koepisyent ng paghahatid ay kinakalkula, at pagkatapos ay pinarami ng intensity ng insidente.
Ang mga kaukulang impedisyon ay:
Z tubig = 1000 kg / m 3 x 1430 m / s = 1.43 x 10 6 kg / m 2 .s
Z hangin = 1.3 kg / m 3 x 330 m / s = 429 kg / m 2 .s
Pagsusulat at pagsusuri sa:
T = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2 = 4 × 1.43 x 10 6 x 429 / (1.43 x 10 6 + 429) 2 = 1.12 x 10 -3
Kaya, ang intensity ng ipinadala na alon ay:
I t = 1.12 x 10 -3 x 0.01 W / m 2 = 1.12 x 10 -5 W / m 2
Ang antas ng intensity nito sa mga decibels ay kinakalkula ng:
L t = 10 log (I t / 10 -12 ) = 10 log (1.12 x 10 -5 / 10 -12 ) = 70.3 dB
Para sa bahagi nito, koepisyent ng salamin ay:
R = 1 - T = 0.99888
Sa pamamagitan nito, ang intensity ng naipakita na alon ay:
I r = 0.99888 x 0.01 W / m 2 = 9.99 x 10 -3 W / m 2
At ang antas ng intensity nito ay:
L t = 10 log (I r / 10 -12 ) = 10 log (9.99 x 10 -3 / 10 -12 ) = 100 dB
Mga Sanggunian
- Andriessen, M. 2003. Kurso sa Pisika ng HSC. Jacaranda.
- Baranek, L. 1969. Acoustics. Ikalawang edisyon. Editoryal na Hispano Americana.
- Kinsler, L. 2000. Mga Batayan ng Acoustics. Wiley at Anak.
- Lowrie, W. 2007. Mga Batayan ng Geophysics. Ika-2. Edisyon. Pressridge University Press.
- Wikipedia. Acoustic Impedance. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org.